第一、二章 概论、计算机开发与应用
主机、外设等电子线路和物理装置
计算机中的所有程序和文件
软件分为系统软件和应用软件：系统软件是管理整个计算机系统的软件；根据任务需要编制各种程序
：机器语言(直接执行)、汇编语言(翻译后汇编程序)、高级语言(翻译后执行)
将高级语言源程序翻译成机器代码，以文件的形式保留，然后执行（C)；
解释是将源程序的句子翻译成机器语言的句子并直接执行（JAVA）。
①最内层的硬件系统是计算机系统的基础和核心；外层的软件为用户提供具体的问题②硬件软件相互转换，相互渗透，相互融合③硬件软件没有明确的分界线，软件可以实现硬件功能，反之亦然。④协调开发硬件软件
：高级语言->汇编语言->操作系统->机器语言->微指令系统
①计算机应由五个部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备
②指令和数据存储在的位置存储在存储器中，并根据地址进行搜索
③指令和数据用二进制表示
④指令由操作代码和地址代码组成；操作代码指出操作类型，地址代码指出操作数地址
⑤指令按顺序存储在存储器中
⑥以中心(现代计算机以存储器为中心)
冯诺依曼机器的核心在于
存储元件：存储一个二进制代码0或1
存储单元：存储一串二进制代码，称为存储器，其长度为存储字长
至少包括运算器：ALU、ACC、MQ、X
控制器（负责译码）包含：CU、IR、PC
非时间指标：
：CPU一次可以处理的数据的位数CPU的寄存器位数有关
存储容量：计算机主存储中包含的存储单元总数
总线宽度：数据总线一次平行传输的最大信息位数：
存储带宽：指单位时间内与主存交换的二进制信息量Byte/s。
CPU内核数
时间指标：
主频、周期、外频、倍频
CPI、IPC、MIPS、MFLOPS
：
执行指令 (平均) 所需的时钟周期数.
CPI = 程序中所有指令的时钟周期之和 / 指令条数
= 程序中的各种指令CPI * 该指令在程序中的比例
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计算机三原则：
①计算机是执行输入、计算和输出的机器
②程序是指令和数据的集合
③有时计算机的处理方法与人们的习惯不同
计算机发展规律：
计算机迭代过程：
1642年 PASCAL 加法机
1673年 莱布尼兹 乘法机
1821年 巴贝奇 差分机
1904年 弗莱明 真空电子二极管
1906年 弗雷斯特 真空电子三极管
1938年 朱斯 Z系列计算机（第一台二进制计算机）
1943年 英国 巨人计算机
1946年 宾夕法尼亚大学 第一台电子数字计算机
1959-1964 创造第二代计算机
1964-1970 第三代计算机
计算机应用：
网络技术，科学计算和数据处理，工业控制和实时控制CAD与虚拟现实、CAD/CAM/CIMS、多媒体技术、人工智能
计算机展望：
芯片集成度的提高受以下三个方面的限制
? 芯片集成度受物理极限的限制
? 按几何级数递增的生产成本
? 芯片的功耗、散热和线延迟
第三章 系统总线
①减少各部件的连接线
②方便系统的构成、扩展和更新
③便于模块化结构设计和简化系统设计
总线是连接各部件的信息传输线， 是各部件共享的传输介质。
总线结构框图：
：系统总线分为数据总线、地址总线和控制总线
数据总线决定传输的数据值，地址总线决定内存数据操作的地址，控制总线反映数据的状态和传输方式
计算机系统之间使用通信总线，传输方式串行并行
：机械特性(尺寸、形状)、电气特性(电平范围)、功能特性(传输线功能)、时间特性(信号与时间序列的关系)
：
1.总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线重用、信号线数、总线控制模式
总线带宽 = (总线宽度)/8*总线工作频率
：从请求总线到完成总线使用的操作序列，如存储读取、存储写作、I/O阅读、阅读指令、中断响应等
主要设备：控制总线
从设备:对总线没有控制权，只响应主设备发出的总线命令
总线判断:在争夺总线时，确定总线给设备的用途
集中：在专用的总线控制器或总线判断器中制作控制逻辑，通过总线请求集中使用特定的判断算法进行判断。
分布式：各设备中没有专用的总线控制器，其控制逻辑分布
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：
GRANT从最高优先设备到最低优先设备串行连接，如果设备有总线要求，则不再下传，建立总线连接。
①线数少，设备扩展容易②离总线控制器的设备优先级最高，优先级低③对电路故障敏感④限制总线速度
从0开始，与链优先级相同（设备号小的优先级高）；从终点开始，循环优先级，各部件优先级相等，初始值由程序设置。log2n。
①响应速度快②灵活控制优先③线数为2n，控制复杂
：
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总线通信控制
①申请分配阶段。主模块申请，总线判断决定
②寻址阶段。主模块从模块给出地址和命令
③传输阶段。主模块和从模块交换信息。
④结束阶段。主模块取消相关信息。
(由统一控制)p
优点：①规定明确、统一，模块间配合简单一致②控制逻辑少而速度快
缺点：①主从模块时间配合属于强制性同步，必须在规定时间内完成要求②设计存在局限性和灵活性
特点：①非时钟定时，没有一个公共的时钟标准。②采用应答方式，允许各模块速度不一致。③主模块发出请求信号时，一直等待从模块反馈回来的 应答信号，才开始通信。
分类：不互锁、半互锁、全互锁
优点：灵活，可挂接各种具有不同工作速度的设备
缺点：①对噪声敏感②接口逻辑复杂
目的：充分挖掘系统总线潜力
原理：将一个事务分成两个子过程：
特点：①各设备有权申请占用总线②采用同步方式通信，不等对方回答③各设备准备数据时不占用总线④总线被占用时，无空闲
补充：
①总线中数据信号和地址信号分别用一组线路传输，这种方式是并行传输。
②多机系统中，某个CPU需访问共享存储器，通常采用半互锁的联络方式通信
③单机系统，CPU向存储器写信息，采用不互锁联络方式。
④在分离式通信方式中，所有模块都可以称为主模块
⑤串行传输是指数据在一条线路上按位依次传输，成本低但是慢，适用于远距离传输。
⑥并行传输是每个数据位都有一个独立传输线，所有数据位同事传输，速度快成本高，适用于近距离高速传输。
第四章 存储器
按存储介质分：半导体存储器（易失）、磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器
按存取方式分：
存取时间与物理地址无关（随机访问）：随机存储器、只读存储器
存取时间与物理地址有关（串行访问）：
顺序存取存储器、直接存取存储器、相联存储器
按在
非易失:ROM、磁表面存储器、光存储器
易失：RAM、Cache
按功能/容量/速度/所在位置分类：
寄存器、高速缓存、内存储器、外存储器
存储容量：主存存放的二进制代码总数量，存储容量＝存储单元个数×存储字长
存储速度：从CPU送出内存单元的地址码开始，到主存读出数据并送到CPU（或者是把CPU数据写入主存）所 需要的时间
存储器的带宽:单位时间内存储器存取的信息量
：缩短存取周期、增加存储字长、增加存储体
：
刷新（按行）：将原存信息读出，再由刷新放大器 形成原信息并重新写入的再生过程。
①集中刷新：前一段时间正常读/写，后一段时间停止读/写，集中逐行刷新。
特点：集中刷新时间长，不能正常读/写（死区），很少使用。
②分散刷新：一个存储周期分为两段: 前一段用于正常读/写操作，后一段用于刷 新操作。
特点：不存在死区，但每个存储周期加长。很少使用。
③异步刷新：结合上述两种方式。
特点：结合前两种，效率高，用得较多。
掩膜 ROM ( MROM )：不可修改，可靠性高，灵活性差
PROM (一次性编程)：利用熔丝，只可以一次编写
EPROM (多次性编程 ）
①EPROM的寿命是有限的②写入时间过长，远远慢于RAM
控制栅加足够正电压 时，浮空栅储存大量 负电荷，为“0”态； 控制栅不加正电压时 ，浮空栅少带或不带 负电荷，为“1”态。
主存与CPU连接（不考？）
提高访存速度的措施（考过不考）：
①采用高速器件 ② 采用cache（高速缓冲存储器） ③ 采用并行存储器（多体交叉存储器）④ 采用多端口存储器 ⑤ 采用相联存储器，加长存储器的字长
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多个并行工作的存储体共有一套地址寄存器 和译码电路，按同一地址并行地访问各自的对应 单元，也可以将这n个存储体看作一个大存储体， 一次访问n个字，也称为单体多字系统。
前提：，一旦遇到转移指令，或者操作 数不能连续存放，这种方法的效果就不明显了。
多体并行系统就是采用多体模块组成的存储器，每个模块有相同的容量和速度。
（1）高位交叉
适合并行工作，高位地址表示体号、低位地址表示体内地址。
（2）低位交叉
连续地址分布在相邻的不同模块内，同一模块内的地址都不连续。
优点：①缩短存储周期，提高数据传送速度和主存访问速度②在不改变存取周期的前提下，增加存储器的带宽
多体结构存储器将存储器分为若干个独立模块，每个模块容量和存取周期相等，可独立进行读写操作。将这些独立模块按照高位交叉编址，使不同的请求源同时访问不同模块，可提高速度。
双端口存储器：两个访问端口，即两套MAR、MDR、地 址译码器和读写电路，两个端口分别连接两套独 立总线，同时接收来自两方的访存请求，使存储 器并行工作。
两个访问端口独立工作互不干扰，只有当两个端 口试图在同一时间访问同一地址单元，才会发生 冲突。
刚被访问过的单元很可能不久又被访问
刚被访问过的单元的邻近单元很可能不久被访问
在一个较短的时间间隔内，CPU对 局部范围的存储器地址频繁访问，而对此地址范围之外的地址访问很少。
----------------------------------------------Cache 分割线----------------------------------------------------------------------
：
指令：指令按序存放，地址连续，循环程序段或子程序段重复执行 ；
数据：连续存放，数组元素重复、按序访问
直写：随时保持主存内容与Cache的数据始终一致，但是可能会增加访存次数。
回写：数据每次只是暂时写入Cache，并用标志将该块注明，直到从Cache取出才写入主存；这种方式速度快但是可能失效。
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：在主存的地址和Cache地址之间建立一种确定的逻辑关系， 也就是根据主存的地址来构成Cache地址。这种地址间的 逻辑关系称为映射
最简单的方式，地址变换速度快，但块冲突概率高，当程序往返访问两个相互冲突的块的数据时，Cache命中率下降。
特点：①容易实现，命中事件短②无需考虑淘汰问题③不够灵活，Cache存储空间利用不充分，命中率低
主存 中的 任一块 可以映像到 缓存 中的 任一块。
特点：提高了Cache利用率，但是命中率实现复杂。
将Cache所有行分组，把主存块映射到Cache固定组的 任一行中。也即：组间直接映像(模映射)、组内全相 联映象（全映射）。
特点：结合前两者优点，当Cache组 数为1时，变为相联映射；当每组只有一个槽时， 变为直接映射。
！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！例题
先进先出（FIFO）算法：总是把最先进入的那一块淘汰掉。
特点：不是一种堆栈算法，
最近最少用（LRU）算法：总是把最近最少用的那一块淘汰掉。
特点：①是堆栈算法，命中率随着组的增大而提高。②当分块局部化范围超过Cache存储容量时，命令率变得很低，极端情况下，命中率为0，这种情况叫。
最不经常用（LFU）算法：替换掉Cache中最不常用的块。
随机算法：随机的从Cache行中选取一个淘汰。
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磁表面存储器的技术指标：
道密度：沿磁盘半径方向长度上的磁道数
位密度：位密度是磁道单位长度上可以记录 的二进制代码数位
几个概念：
记录面：磁盘片表面称为记录面。
磁道：记录面上一系列同心圆称为磁道。它的编 址是由外向内依次编号，最外一个同心圆叫做零 磁道。
柱面：所有记录块上半径相等的磁道的集合称为 柱面，一个磁盘组的柱面数等于其中一个记录面 上的磁道数。
扇区：将每一个记录面分成若干个区域，每一个 区域称为一个扇区。
记录块：将每一个磁道分成若干个段，每段称为 一个记录块或扇段。
磁表面存储器的技术指标：
存储容量：磁盘存储器可以存储的总字节数
格式化容量：是可按照某个特定记录格式利用的磁化单元数，也是用户真正可以使用的容量。
平均寻址时间：从读写命令发出后，磁头从某一 起始位置出发移动到新的记录位置，到开始从盘片 表面读出或写入信息所需要的时间。
寻道时间：将磁头定位到所要求的磁道上的时间
等待时间：等待磁道上需要访问的信息到达磁头下面的时间
平均寻址时间 = 平均寻道时间+平均等待时间
数据传输率：磁盘存储器在单位时间能 向主机传送的字节数。
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硬磁盘存储器
组成：
磁记录介质：用来保存信息
磁盘驱动器：包括读写电路、读/写转换开关、读写磁头与磁头 定位伺服系统等
磁盘控制器：包括控制逻辑、时序电路、 “并→串”转换和 “串→并”转换电路等（用于连接主机与盘驱动器）
固态硬盘：
原理：基于闪存技术Flash Memory，属于电可擦除ROM，即EEPROM
组成：闪存翻译层、存储介质
SSD以页为单位进行读写：读慢写快、支持随机访问
SSD与机械硬盘相比：
①SSD读写速度快，随机访问性能高，用电路控制访问 位置；机械硬盘通过移动磁臂旋转控制访问位置，有 寻道时间和旋转延迟；②SSD安静无噪音、耐摔抗震、能耗低，但造价更贵。③SSD的一个“块”被擦除次数过多可能会坏掉，而机 械硬盘的扇区不会因为写的次数太多而坏掉。
冗余磁盘阵列RAID
基本思想：将多个独立操作的磁盘按某种方式组织成磁盘阵列(Disk Array)，以增加容量，利用 类似于主存中的多体交叉技术，将数据存储在多个盘体上，通过使这些盘并行工作来 提高数据传输速度，并用冗余(redundancy)磁盘技术来进行错误恢复(error correction)以提高系统可靠性。
特性：（1）RAID是一组物理磁盘驱动器，在操作系统下被视为一个单个逻辑驱动器。 （2）数据分布在一组物理磁盘上。 （3）冗余磁盘用于存储校验信息，保证磁盘万一损坏时能恢复数据。
级别：分为八级
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软盘：
光盘：
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感兴趣的同学可以下载复习，其中还包含了三年的真题。